JPH11144635A - イオンビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁ガスが充填される密閉容器を大気に開放
することなく限流抵抗器の抵抗値を高抵抗と低抵抗とに
切り換えることができるようにする。 【解決手段】 引出し電源２４の出力部とイオン源４と
の間に設ける限流抵抗器を、二つの互いに並列接続され
た高抵抗限流抵抗器２６ａと低抵抗限流抵抗器２６ｂと
で構成した。更に、低抵抗限流抵抗器２６ｂに直列に接
続されていて当該低抵抗限流抵抗器２６ｂの入切を行う
スイッチ３０を密閉容器２内に設けた。このスイッチ３
０は、密閉容器２外から制御信号Ｓによって遠隔操作が
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオン注
入装置、イオンビームエッチング装置等に用いられるも
のであって、絶縁ガスが充填される密閉容器内にイオン
源、それ用の引出し電源および両者間に挿入された限流
抵抗器を収納して成るイオンビーム発生装置に関し、よ
り具体的には、その密閉容器を大気に開放することなく
限流抵抗器の抵抗値を高抵抗と低抵抗とに切り換える手
段に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のイオンビーム発生装置の
機器構成の一例を図４に示し、同装置の回路構成の一例
を図５に示す。

【０００３】このイオンビーム発生装置は、例えばＳＦ
₆ （六フッ化硫黄）ガス等の絶縁ガスが充填される密閉
容器２内に、イオンビーム６を発生するイオン源４と、
このイオン源４（より具体的にはそのプラズマ電極１
４）にイオンビーム６の引き出しのための正の高電圧Ｖ
₁ （例えば数十ｋＶ〜数百ｋＶ程度）を供給する直流の
引出し電源２４と、この引出し電源２４の出力部とイオ
ン源４（より具体的にはそのプラズマ電極１４）との間
に直列に挿入された限流抵抗器２６とを収納して成る。
上記高電圧Ｖ₁ は、この明細書では引出し電圧と呼ぶけ
れども、この技術分野では加速電圧と呼ばれる場合もあ
る。

【０００４】密閉容器２内に上記のような絶縁ガスを充
填するのは、上記高電圧Ｖ₁ に対する絶縁耐圧を空気よ
りも高めて機器の小型化を図るためである。

【０００５】イオン源４から引き出されたイオンビーム
６は、例えばビームライン管２０中を通し、かつ必要に
応じて分析マグネット２２で質量分離を行って、密閉容
器２外に導出される。

【０００６】イオン源４は、この例では図５に示すよう
に、プラズマ８を生成するプラズマ生成部１０と、この
プラズマ８から電界の作用でイオンビーム６を引き出す
引出し電極系１２とを備えている。引出し電極系１２
は、この例では、３枚の多孔または単孔の電極、即ち上
流側からプラズマ電極（これは引出し電極または加速電
極とも呼ばれる）１４、抑制電極１５および接地電極１
６から成る。このプラズマ電極１４に、引出し電源２４
から限流抵抗器２６を経由して上記引出し電圧Ｖ₁ が供
給される。抑制電極１５は、下流側からの逆流電子抑制
用のものであり、抑制電源２８から負の抑制電圧Ｖ₂ が
供給される。接地電極１６は接地されている。

【０００７】上記限流抵抗器２６を設ける理由は次のと
おりである。即ち、イオン源４の初期通電時は、通常
は、引出し電圧Ｖ₁ のみを印加して引出し電極系１２の
エージングを行う。より具体的には、プラズマ電極１４
とその他の電極１５および／または１６との間で放電が
発生するのに任せて、その放電によって電極１４〜１６
の表面を滑らかにして引出し電極系１２の耐圧性能を向
上させる。このエージングによる耐圧上昇過程では放電
頻度が高く、放電発生後の引出し電源２４における引出
し電圧Ｖ₁ の遮断までの間にプラズマ電極１４へ流入す
るエネルギーによって電極（主としてプラズマ電極１４
および抑制電極１５）が受ける損傷を軽減するために、
上記限流抵抗器２６を挿入して、放電発生時にプラズマ
電極１４へ流入する電流をこの限流抵抗器２６によって
小さく制限している。

【０００８】この限流抵抗器２６は、抵抗値が固定の固
定抵抗であり、従来はこの限流抵抗器２６を、イオン源
４の初期通電時とその後の通常運転時とで抵抗値の異な
るものに交換していた。即ち、イオン源４の初期通電時
（即ち引出し電極系１２のエージング時）は、放電発生
時にプラズマ電極１４に流入する電流を十分に小さく制
限するために、高抵抗（例えば数ｋΩ〜数十ｋΩ程度）
の限流抵抗器２６を用いている。その後のイオンビーム
発生を行う通電運転時は、限流抵抗器２６からプラズマ
電極１４へ引出し電流（これはイオンビーム６のビーム
電流に相当する）が流れて限流抵抗器２６で電力損失が
発生するので、この電力損失を小さくするために、負荷
インピーダンス（ビーム電圧／ビーム電流）に比べてか
なり小さい抵抗値（例えば数十Ω〜数百Ω程度）の限流
抵抗器２６を用いている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記限流抵
抗器２６は引出し電源２４およびイオン源４と共に密閉
容器２内に収納されているので、この限流抵抗器２６を
交換するためには、一旦密閉容器２内の絶縁ガスを排気
して密閉容器２内を大気に開放した後に限流抵抗器２６
を交換し、その後再び密閉容器２内に絶縁ガスを充填し
てから運転を再開することになる。そのために、限流抵
抗器２６の交換作業に非常に長時間（例えば１日〜数日
程度）を要し、その間はこのイオンビーム発生装置の運
転ができないので、このイオンビーム発生装置の効率的
な運転ができないという課題がある。

【００１０】そこでこの発明は、絶縁ガスが充填される
密閉容器を大気に開放することなく限流抵抗器の抵抗値
を高抵抗と低抵抗とに切り換えることができるようにす
ることを主たる目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明のイオンビーム
発生装置は、前記限流抵抗器を、二つの限流抵抗器であ
って他方に比べて高抵抗の高抵抗限流抵抗器と他方に比
べて低抵抗の低抵抗限流抵抗器とで構成し、かつこの二
つの限流抵抗器の接続の仕方を変えるものであって前記
密閉容器外から遠隔操作可能なスイッチを当該密閉容器
内に設け、このスイッチによって、前記引出し電源の出
力部と前記イオン源との間に実効的に挿入される限流抵
抗器の抵抗値を相対的に高抵抗と低抵抗とに切り換える
よう構成したことを特徴としている。

【００１２】上記構成によれば、上記スイッチによっ
て、密閉容器外から、当該密閉容器を大気に開放するこ
となく、引出し電源の出力部とイオン源との間に実効的
に挿入される限流抵抗器の抵抗値を相対的に高抵抗と低
抵抗とに切り換えることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオンビ
ーム発生装置の回路構成の一例を示す図である。図４お
よび図５の従来例と同一または相当する部分には同一符
号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に
説明する。

【００１４】この実施例においては、前述したような限
流抵抗器を、二つの互いに並列接続された高抵抗限流抵
抗器２６ａと低抵抗限流抵抗器２６ｂとで構成してい
る。高抵抗限流抵抗器２６ａは、低抵抗限流抵抗器２６
ｂに比べて（即ち相対的に）高抵抗であり、その抵抗値
は例えば数ｋΩ〜数十ｋΩ程度である。低抵抗限流抵抗
器２６ｂは、高抵抗限流抵抗器２６ａに比べて（即ち相
対的に）低抵抗であり、その抵抗値は例えば数十Ω〜数
百Ω程度である。

【００１５】更に、低抵抗限流抵抗器２６ｂに直列に接
続されていて当該低抵抗限流抵抗器２６ｂの入切（断
続）を行うスイッチ３０を密閉容器２内に設けている。
このスイッチ３０は、密閉容器２外から制御信号Ｓによ
って遠隔操作が可能である。この制御信号Ｓは、例え
ば、密閉容器２外に設けられた制御装置３２から与えら
れる。この制御信号Ｓは、例えば、電気信号、光信号、
またはそれらを併用したものである。より具体的には、
制御装置３２から密閉容器２までは信号処理が容易な電
気信号とし、密閉容器２内は電気絶縁が容易な光信号と
しても良い。

【００１６】スイッチ３０を切にすると、引出し電源２
４の出力部とイオン源４（より具体的にはそのプラズマ
電極１４。以下同じ）との間には、高抵抗限流抵抗器２
６ａのみが実効的に挿入された状態になる。スイッチ３
０を入にすると、引出し電源２４の出力部とイオン源４
との間には、高抵抗限流抵抗器２６ａと低抵抗限流抵抗
器２６ｂとの並列接続回路が挿入された状態になり、こ
の並列接続回路の合成抵抗値は、殆どが低抵抗限流抵抗
器２６ｂの抵抗値に支配されるので低抵抗限流抵抗器２
６ｂの抵抗値に近い低抵抗となる。従って、スイッチ３
０の入切によって、密閉容器２外から、当該密閉容器２
を大気に開放することなく、引出し電源２４の出力部と
イオン源４との間に実効的に挿入される限流抵抗器の抵
抗値を高抵抗と低抵抗とに切り換えることができる。

【００１７】例えば、イオン源４の初期通電時は、スイ
ッチ３０を切にした状態で、イオン源４に引出し電源２
４からの引出し電圧Ｖ₁ のみを印加して引出し電極系１
２のエージングを行う。この状態では、限流抵抗器とし
ては高抵抗限流抵抗器２６ａだけを用いており、その抵
抗値は高いので、引出し電極系１２の耐圧上昇過程で放
電が頻発してもプラズマ電極１４へ流入するエネルギー
（具体的には電流）を十分に小さく制限することが可能
であり、従って引出し電極系１２を構成する電極に与え
る損傷を小さく抑えることができる。

【００１８】次に、イオンビーム６の発生を行うとき
は、制御装置３２からスイッチ３０に制御信号Ｓを与え
てスイッチ３０を入にする。この状態では、限流抵抗器
としては高抵抗限流抵抗器２６ａと低抵抗限流抵抗器２
６ｂとの並列回路になり、その合成抵抗値は上述したよ
うに低くなるので、引出し電源２４からプラズマ電極１
４へ引出し電流が流れても限流抵抗器での電力損失を小
さく抑えることができる。

【００１９】このようにこの実施例では、スイッチ３０
によって、密閉容器２外から、当該密閉容器２を大気に
開放することなく、引出し電源２４の出力部とイオン源
４との間に実効的に挿入される限流抵抗器の抵抗値を高
抵抗と低抵抗とに切り換えることができる。その結果、
限流抵抗器の抵抗値の切り換えに伴う装置の運転休止時
間をほぼ０にすることができるので、このイオンビーム
発生装置の運転効率を従来例に比べて大幅に向上させる
ことができる。

【００２０】上記限流抵抗器２６ａ、２６ｂおよびスイ
ッチ３０の接続の仕方の他の例を説明すると、図２に示
す例では、二つの限流抵抗器２６ａおよび２６ｂの一方
端を互いに並列接続し、スイッチ３０を、この二つの限
流抵抗器２６ａ、２６ｂの他方端をイオン源４に択一的
に切り換えて接続する切換スイッチとしている。このス
イッチ３０は、図示例とは反対に、引出し電源２４側に
入れても良い。スイッチ３０を高抵抗限流抵抗器２６ａ
側に切り換えれば、引出し電源２４の出力部とイオン源
４との間には高抵抗限流抵抗器２６ａが挿入されるので
高抵抗になり、低抵抗限流抵抗器２６ｂ側に切り換えれ
ば低抵抗限流抵抗器２６ｂが挿入されるので低抵抗にな
る。

【００２１】図３に示す例では、二つの限流抵抗器２６
ａおよび２６ｂを互いに直列接続し、高抵抗限流抵抗器
２６ａを短絡するスイッチ３０を設けている。低抵抗限
流抵抗器２６ｂは、図示例とは反対に、イオン源４側に
設けても良い。スイッチ３０を切にすれば、引出し電源
２４の出力部とイオン源４との間には高抵抗限流抵抗器
２６ａと低抵抗限流抵抗器２６ｂの直列回路が挿入され
るので高抵抗になり、スイッチ３０を入にすれば高抵抗
限流抵抗器２６ａが短絡されて低抵抗限流抵抗器２６ｂ
だけが挿入されるので低抵抗になる。

【００２２】なお、上記例はいずれも、イオン源４から
正イオンのイオンビーム６を引き出す例である。負イオ
ンのイオンビームを引き出す場合は、引出し電源２４の
出力が負極性となる以外は上記と同様であり、従ってこ
の場合にも上記各実施例を同様に適用することができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記ス
イッチによって、密閉容器外から、当該密閉容器を大気
に開放することなく、引出し電源の出力部とイオン源と
の間に実効的に挿入される限流抵抗器の抵抗値を高抵抗
と低抵抗とに切り換えることができる。その結果、限流
抵抗器の抵抗値の切り換えに伴う装置の運転休止時間を
ほぼ０にすることができるので、このイオンビーム発生
装置の運転効率を従来例に比べて大幅に向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオンビーム発生装置の回路構
成の一例を示す図である。

【図２】限流抵抗器とスイッチとの接続の仕方の他の例
を示す回路図である。

【図３】限流抵抗器とスイッチとの接続の仕方の更に他
の例を示す回路図である。

【図４】従来のイオンビーム発生装置の機器構成の一例
を示す図である。

【図５】図４の装置の回路構成の一例を示す図である。

【符号の説明】

２ 密閉容器 ４ イオン源 ６ イオンビーム １２ 引出し電極系 ２４ 引出し電源 ２６ａ 高抵抗限流抵抗器 ２６ｂ 低抵抗限流抵抗器 ３０ スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁ガスが充填される密閉容器内に、イ
   オンビームを発生するイオン源と、このイオン源にイオ
   ンビーム引き出しのための引出し電圧を供給する引出し
   電源と、この引出し電源の出力部とイオン源との間に直
   列に挿入された限流抵抗器とを収納して成るイオンビー
   ム発生装置において、前記限流抵抗器を、二つの限流抵
   抗器であって他方に比べて高抵抗の高抵抗限流抵抗器と
   他方に比べて低抵抗の低抵抗限流抵抗器とで構成し、か
   つこの二つの限流抵抗器の接続の仕方を変えるものであ
   って前記密閉容器外から遠隔操作可能なスイッチを当該
   密閉容器内に設け、このスイッチによって、前記引出し
   電源の出力部と前記イオン源との間に実効的に挿入され
   る限流抵抗器の抵抗値を相対的に高抵抗と低抵抗とに切
   り換えるよう構成したことを特徴とするイオンビーム発
   生装置。